(57)【要約】【課題】各セル電圧がばらついていない場合はばらつき調整を行わないことにより、無駄な電力消費を抑制することができる組電池の容量調整装置を提供する。【解決手段】複数のセル１７からなる組電池１６の各セル１７を迂回するバイパス回路２１を有し、バイパス回路２１の動作を制御して各セル１７を放電し或いは放電を停止し、組電池１６の容量のばらつきを調整する組電池の容量調整装置において、バイパス回路２１の動作を強制的に停止し、容量のばらつき調整を行わなくするバイパス有効無効スイッチ１１を有する。バイパス有効無効スイッチ１１は、バイパス強制オフ信号の入力によりバイパス回路２１の動作を強制的に無効とする、バイパス回路２１の動作の有効と無効を切り替える切り替え手段である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のセルからなる組電池の前記各セルを迂回するバイパス回路を有し、前記バイパス回路の動作を制御して前記各セルを放電し或いは放電を停止し、前記組電池の容量のばらつきを調整する組電池の容量調整装置において、
前記バイパス回路の動作を強制的に停止し前記容量のばらつき調整を行わなくする接続遮断手段を有する組電池の容量調整装置。
【請求項２】
前記接続遮断手段は、
バイパス強制オフ信号の入力により前記バイパス回路の動作を強制的に無効とする、前記バイパス回路の動作の有効と無効を切り替える切り替え手段である請求項１に記載の組電池の容量調整装置。
【請求項３】
前記切り替え手段は、
前記各セルの電圧のばらつき度によって前記バイパス回路の動作を制御する請求項２に記載の組電池の容量調整装置。
【請求項４】
前記切り替え手段は、
前記バイパス回路と、基準電圧源からのバイパス閾値電圧と端子間電圧を比較した結果を前記バイパス回路に出力する容量調整用比較回路の間に接続配置されている請求項２または３に記載の組電池の容量調整装置。
【請求項５】
前記切り替え手段は、
有効の場合、前記セルの端子間電圧が前記バイパス閾値電圧より上昇したことを検出するとＬレベルの信号を、前記バイパス閾値電圧より下降したことを検出するとＨレベルの信号を、それぞれ前記バイパス回路に出力し、無効の場合、前記セルの端子間電圧と前記バイパス閾値電圧の比較結果に拘わらず、Ｈレベルの信号を前記バイパス回路に出力するバイパス有効無効スイッチである請求項４に記載の組電池の容量調整装置。
【請求項６】
前記複数のセルの間における電圧のばらつきを検知するセル電圧ばらつき検知回路と、
前記組電池が出力可能な総電圧値を検出する総電圧検出回路と、
前記セル電圧ばらつき検知回路からの入力信号に基づき、前記総電圧検出回路から入力する前記組電池の電圧値との演算を行い、セル電圧がばらついているか否かを判断するＣＰＵと、
前記ＣＰＵからのセル電圧がばらついているか否かの判断に基づく制御信号の入力により、前記バイパス強制オフ信号を前記切り替え手段に出力するバイパス強制オフ回路と
を有する請求項２から５のいずれか一項に記載の組電池の容量調整装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、組電池の容量調整装置に関し、特に、ハイブリッド自動車に用いられる複数の充電電池からなる組電池の容量調整装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、直列接続された複数の電池の各充電電圧を最適化管理しながら各電池をバランスよく効率的に充電する充電装置が知られている（特許文献１参照）。このように、複数のセルからなる組電池の容量調整を簡単な構成で行う場合、電圧比較手段の閾値電圧以上でバイパス回路をオンし電流を流すことで容量調整を行っている。
【０００３】
図７は、従来の組電池の容量調整を行うバイパス制御回路の構成の一例を示す説明図である。図８は、図７のバイパス制御回路による各セル電圧におけるばらつきの調整を示し、（ａ）はばらつき調整前の説明図、（ｂ）はばらつき調整後の説明図である。図９は、図７のバイパス制御回路による各セル電圧におけるばらつきの調整を必要としない状態を示し、（ａ）はばらつき調整前の説明図、（ｂ）はばらつき調整後の説明図である。
【０００４】
図７に示すように、バイパス制御回路１は、組電池２を構成する各セル３毎に設けられている。組電池２は、充放電可能な複数（ｎ）個のセル３（１）〜３（ｎ）を直列に接続して形成されており、各セル３の正極端子と負極端子の間に、バイパス制御回路１が接続されている。各セル３毎に設けられた複数のバイパス制御回路１（１）〜１（ｎ）は、それぞれ基準電圧源４、容量調整用比較回路５、及びバイパス回路６を有している（バイパス制御回路１（１）以外は図示を省略する）。
【０００５】
基準電圧源４は、電圧Ｖｓを、複数のセル３（１）〜３（ｎ）の中の対応するセルの端子間電圧におけるバイパス閾値として、容量調整用比較回路５に出力する。容量調整用比較回路５は、基準電圧源４からのバイパス閾値電圧Ｖｓと端子間電圧を比較した結果を、バイパス回路６に出力する。例えば、セル３の端子間電圧が、バイパス閾値電圧Ｖｓより上昇したことを比較検出するとＬレベルの信号を、バイパス閾値電圧Ｖｓより下降したことを比較検出するとＨレベルの信号を、それぞれバイパス回路６に出力する。バイパス回路６は、各セル３の迂回路として機能し、Ｌレベルの信号が入力すると導通して各セル３をバイパスすることにより各セル３を放電し、また、Ｈレベルの信号が入力すると導通を遮断して各セル３の放電を停止する。
【０００６】
従って、例えば、図８に示すように、各セル３（３（１）〜３（４）の４個についてのみ図示）のばらついているセル電圧（（ａ）参照）が、バイパス閾値電圧Ｖｓに調整される（（ｂ）参照）。即ち、基準電圧源４の出力電圧Ｖｓを閾値として、容量調整用比較回路５とバイパス回路６により各セル３の充電電圧を閾値電圧Ｖｓに一定化し、各セル電圧におけるばらつきの調整を行う。
【特許文献１】特開平１０−１９１５７４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、従来のバイパス制御回路１は、セル電圧が閾値以上になると容量調整のためのバイパス電流を流すので、各セル電圧が調整を必要とする程ばらついておらず容量調整を行う必要が無い場合（図９（ａ）参照）にも、バイパス電流を流すことになる。この結果、本来必要としない容量調整を行って、その調整分Ａ（図９（ｂ）参照）の電力を無駄に消費してしまう。
この発明の目的は、各セル電圧がばらついていない場合はばらつき調整を行わないことにより、無駄な電力消費を抑制することができる組電池の容量調整装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため、この発明に係る組電池の容量調整装置は、複数のセルからなる組電池の前記各セルを迂回するバイパス回路を有し、前記バイパス回路の動作を制御して前記各セルを放電し或いは放電を停止し、前記組電池の容量のばらつきを調整する組電池の容量調整装置において、前記バイパス回路の動作を強制的に停止し、前記容量のばらつき調整を行わなくする接続遮断手段を有している。
【発明の効果】
【０００９】
この発明によれば、複数のセルからなる組電池の容量調整を、電圧比較手段の閾値電圧以上でバイパス回路をオンし電流を流すことで行うが、必要に応じバイパス回路の動作を強制的に停止（オフ）することができる回路構成を有しているので、各セル電圧がばらついて容量調整を行う必要があるときのみ、バイパス回路を有効にできるため、各セル電圧のばらつきが殆ど無く容量調整を必要としないときにも容量調整を行って無駄に電力を消費する、ということがない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、この発明を実施するための最良の形態について図面を参照しつつ説明する。
図１は、この発明の一実施の形態に係る組電池の容量調整装置の構成を示す説明図である。図１に示すように、組電池の容量調整装置１０は、バイパス有効無効スイッチ１１、セル電圧ばらつき検知回路１２、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）１３、バイパス強制オフ（ＯＦＦ）回路１４、及び総電圧検出回路１５を有している。この容量調整装置１０により、例えば、ハイブリッド自動車に用いられる組電池１６の各セル毎の電圧のばらつきを調整することができる。
【００１１】
組電池１６は、充放電可能な複数（ｎ）個のセル１７（１）〜１７（ｎ）を直列に接続して形成されており、各セル１７の正極端子と負極端子の間に、バイパス制御回路１８が接続されている。各セル１７毎に設けられた複数のバイパス制御回路１８（１）〜１８（ｎ）は、それぞれ基準電圧源１９、容量調整用比較回路２０、及びバイパス回路２１を有すると共に、容量調整用比較回路２０とバイパス回路２１の間に接続されたバイパス有効無効スイッチ１１を有している（バイパス制御回路１８（１）以外は図示を省略する）。
なお、以下の説明は、セル１７（１）についてのみ行い、他のセル１７（２）〜１７（ｎ）については省略するが、他のセル１７（２）〜１７（ｎ）についても同様に適用する。
【００１２】
基準電圧源１９は、電圧Ｖｓを、複数のセル１７（１）〜１７（ｎ）の中の対応するセルの端子間電圧におけるバイパス閾値として、容量調整用比較回路２０に出力する。容量調整用比較回路２０は、入力したバイパス閾値電圧Ｖｓとセルの端子間電圧の比較結果を、バイパス有効無効スイッチ１１を介してバイパス回路２１に出力する。
【００１３】
バイパス有効無効スイッチ１１は、バイパス強制オフ回路１４の出力によって有効或いは無効の何れかに切り替えられる。例えば、バイパス有効無効スイッチ１１が有効の場合、セル１７（１）の端子間電圧がバイパス閾値電圧Ｖｓより上昇したことを比較し検出すると、Ｌレベルの信号をバイパス回路２１に出力し、セル１７（１）の端子間電圧がバイパス閾値電圧Ｖｓより下降したことを比較し検出すると、Ｈレベルの信号をバイパス回路２１に出力する。一方、バイパス有効無効スイッチ１１が無効の場合、セル１７（１）の端子間電圧とバイパス閾値電圧Ｖｓの比較結果に拘わらず、Ｈレベルの信号をバイパス回路２１に出力する。
【００１４】
バイパス回路２１は、セル１７（１）の迂回路として機能し、バイパス有効無効スイッチ１１を介して容量調整用比較回路２０からＬレベルの信号が入力すると導通する。バイパス回路２１が導通し、電流がセル１７（１）をバイパスすることにより、セル１７（１）が放電する。一方、容量調整用比較回路２０からＨレベルの信号が入力すると、電流を遮断しセル１７（１）の放電を停止する。
【００１５】
即ち、基準電圧源１９の出力電圧Ｖｓを閾値として、容量調整用比較回路２０とバイパス回路２１により、各セル１７の充電電圧を閾値電圧Ｖｓに一定化することにより、複数のセル１７（１）〜１７（ｎ）の間における電圧のばらつき調整を行う。また、バイパス強制オフ回路１４からの入力信号により、必要に応じてバイパス有効無効スイッチ１１の有効と無効を切り替えることで、バイパス回路２１の動作を強制的に無効とすることが可能である。
【００１６】
複数のセル１７（１）〜１７（ｎ）の間における電圧のばらつきは、セル電圧ばらつき検知回路１２により検知される。セル電圧ばらつき検知回路１２は、例えば、セル電圧がばらついていることを検知するとＬレベルの信号を、セル電圧がばらついていないことを検知するとＨレベルの信号を、それぞれ検知結果としてＣＰＵ１３に出力する。ＣＰＵ１３は、セル電圧ばらつき検知回路１２からＬレベルの信号が入力すると、入力したＬレベル信号と総電圧検出回路１５から入力する組電池１６の電圧値との演算を行い、セル電圧がばらついているか否かを判断する。総電圧検出回路１５は、組電池１６が出力可能な総電圧値を検出し出力する。
【００１７】
図２は、図１のセル電圧ばらつき検知回路の一実施例を示す回路図である。図２に示すように、セル電圧ばらつき検知回路１２は、定電圧レギュレータ１２ａ、ばらつき検知用比較回路１２ｂ、ＡＮＤ回路１２ｃ、及び複数の抵抗Ｒを有している。ばらつき検知用比較回路１２ｂは、セル１７（ｎ）の電圧入力と、基準電圧源である定電圧レギュレータ１２ａからの出力電圧Ｖｓから生成されるばらつき検知電圧Ｖｓ１の入力により、電圧の比較を行って、セル電圧が低いときにＬレベルの信号（ばらつき検知信号）ｆをＣＰＵ１３へ出力する。ＣＰＵ１３は、セル電圧ばらつき検知回路１２からＬレベルの信号ｆが入力すると、総電圧検出回路１５から入力する組電池１６の電圧値との演算を行い、セル電圧がばらついているか否かの判定を行う。なお、セル電圧ばらつき検知回路１２は、一例であり、セル電圧のばらつきを検知するための回路はこの構成に限るものではない。
【００１８】
図３は、図１のＣＰＵにおける制御の流れを示すフローチャートである。図４は、各セル電圧のばらつき状態を示し、（ａ）は各セル電圧のばらつきが小さい場合の説明図、（ｂ）は各セル電圧のばらつきが大きい場合の説明図である。なお、図４においては、４個のセル（１７（１）〜１７（４））についてのみ図示する。
【００１９】
図３に示すように、ＣＰＵ１３において、先ず、セル電圧のばらつきが有るか否かの判定結果を取得した（ステップＳ１０１）後、車両停車時に電流バイパスによる容量調整が不要か否かを判断する（ステップＳ１０２）。判断の結果、容量調整が不要である（ｙｅｓ）場合、車両走行時に電流バイパスによる容量調整が不要か否かを判断する（ステップＳ１０３）。一方、容量調整が不要でない（ｎｏ）、即ち必要である場合、車両停車時の電流バイパスオン（ＯＮ）とした（ステップＳ１０４）後、車両走行時に電流バイパスによる容量調整が不要か否かを判断する（ステップＳ１０３）。
【００２０】
次に、車両走行時に電流バイパスによる容量調整が不要か否かの判断の結果、容量調整が不要である（ｙｅｓ）場合、ステップＳ１０１に戻り、以後の処理を繰り返す。一方、容量調整が不要でない（ｎｏ）、即ち必要である場合、車両走行時の電流バイパスオンとした（ステップＳ１０５）後、ステップＳ１０１に戻り、以後の処理を繰り返す。
【００２１】
このように、ＣＰＵ１３は、車両停車時に電流バイパスによる容量調整が不要か、また、車両走行時に電流バイパスによる容量調整が不要か、をそれぞれ判断し、必要な制御信号をバイパス強制オフ回路１４に出力する。即ち、ＣＰＵ１３は、各セル電圧におけるばらつきが殆ど無い場合（図９（ａ）参照）、車両の停車時及び走行時の何れも電流バイパスを無効とする制御信号ａを出力し、各セル電圧におけるばらつきが小さい（図４（ａ）参照）場合、停車時の電流バイパスを無効とするが走行時の電流バイパスを有効とする制御信号ｂを出力し、各セル電圧におけるばらつきが大きい場合（図４（ｂ）参照）、停車時及び走行時の何れも電流バイパスを有効とする制御信号ｃを出力する。
【００２２】
ＣＰＵ１３から制御信号（ａ，ｂ，ｃ）が入力したバイパス強制オフ回路１４は、この制御信号と、ハイブリッド自動車のイグニッションスイッチ２２の操作により入力した点火信号ｄに基づくバイパス強制オフ信号ｅを、バイパス有効無効スイッチ１１に出力する。即ち、各セル電圧がばらついていないときにはバイパス回路２１を無効とすることにより、無駄に電力を消費しない動作を可能とした上で、必要に応じ、走行時に電流バイパスによる容量調整を行うか、或いは停車時に電流バイパスによる容量調整を行うかの選択ができるので、複数（ｎ）個のセル１７（１）〜１７（ｎ）からなる組電池１６における、無駄の無い効率の良い容量調整が可能となる。
【００２３】
図５は、図１のバイパス制御回路の具体的構成例を示す回路図である。図５に示すように、バイパス制御回路１８は、セル１７（ｎ）の正極端子と負極端子の間に接続されており、基準電圧源１９を構成する定電圧レギュレータ２３、容量調整用比較回路２０を構成するコンパレータ２４、バイパス有効無効スイッチ１１を構成するＦＥＴ２５、バイパス回路２１を構成するＦＥＴ２６、及び複数の抵抗等の回路素子により形成されている。
【００２４】
図６は、この発明の他の実施の形態に係る組電池の容量調整装置の構成を示す説明図である。図６に示すように、組電池の容量調整装置３０は、バイパス有効無効スイッチ１１とバイパス強制オフ回路１４からなる構成、即ち、上述した容量調整装置１０（図１参照）から、セル電圧ばらつき検知回路１２、ＣＰＵ１３、及び総電圧検出回路１５を除いた構成を有している。そして、バイパス強制オフ回路１４からは、ハイブリッド自動車のイグニッションスイッチ２２の操作による点火信号ｄの入力に基づいてバイパス強制オフ信号ｅが出力される。その他の構成及び作用は、容量調整装置１０と同様である。
【００２５】
この容量調整装置３０は、車両走行時の容量調整のみで各セル電圧のばらつきを抑制することが可能な車両システムの場合に適用することができる。この場合、車両停車時の容量調整を不要とすることで、無駄に電力を消費しない動作を可能としている。
【００２６】
このように、この発明に係る組電池の容量調整装置１０（３０）は、複数のセル１７（１）〜１７（ｎ）からなる組電池１６の容量調整を、電圧比較手段の閾値電圧以上でバイパス回路２１をオンし電流を流すことで行うが、必要に応じバイパス回路２１の動作を強制的に遮断（オフ）することができる回路構成を有している。これにより、各セル電圧がばらついて容量調整を行う必要があるときのみ、バイパス回路２１を有効にできるため、即ち、各セル電圧がばらついていないときはバイパス回路２１を無効にすることができるため、各セル電圧のばらつきが殆ど無く容量調整を必要としないときにも容量調整を行って無駄に電力を消費するということがない。
【００２７】
また、容量調整装置１０は、各セル電圧のばらつき度を判断しその判断結果によって電流バイパスを有効とする回路を実装しており、必要に応じ、容量調整を行わないか、或いは走行時に容量調整を行うか、或いは停車時に容量調整を行うか、の何れかを選択できるので、必要なときに効果的に各セル電圧のばらつきを低減することが可能となり、効率の良い容量調整を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】この発明の一実施の形態に係る組電池の容量調整装置の構成を示す説明図である。
【図２】図１のセル電圧ばらつき検知回路の一実施例を示す回路図である。
【図３】図１のＣＰＵにおける制御の流れを示すフローチャートである。
【図４】各セル電圧のばらつき状態を示し、（ａ）は各セル電圧のばらつきが小さい場合の説明図、（ｂ）は各セル電圧のばらつきが大きい場合の説明図である。
【図５】図１のバイパス制御回路の具体的構成例を示す回路図である。
【図６】この発明の他の実施の形態に係る組電池の容量調整装置の構成を示す説明図である。
【図７】従来の組電池の容量調整を行うバイパス制御回路の構成の一例を示す説明図である。
【図８】図７のバイパス制御回路による各セル電圧におけるばらつきの調整を示し、（ａ）はばらつき調整前の説明図、（ｂ）はばらつき調整後の説明図である。
【図９】図７のバイパス制御回路による各セル電圧におけるばらつきの調整を必要としない状態を示し、（ａ）はばらつき調整前の説明図、（ｂ）はばらつき調整後の説明図である。
【符号の説明】
【００２９】
１０，３０  組電池の容量調整装置
１１  バイパス有効無効スイッチ
１２  セル電圧ばらつき検知回路
１２ａ  定電圧レギュレータ
１２ｂ  ばらつき検知用比較回路
１２ｃ  ＡＮＤ回路
１３  ＣＰＵ
１４  バイパス強制オフ回路
１５  総電圧検出回路
１６  組電池
１７（１）〜１７（ｎ）  セル
１８（１）〜１８（ｎ）  バイパス制御回路
１９  基準電圧源
２０  容量調整用比較回路
２１  バイパス回路
２２  イグニッションスイッチ
２３  定電圧レギュレータ
２４  コンパレータ
２５，２６  ＦＥＴ
ａ，ｂ，ｃ  制御信号
ｄ  点火信号
ｅ  バイパス強制オフ信号
ｆ  Ｌレベルの信号
Ｒ  抵抗
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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